化工分离过程1绪论第1讲课件.ppt

化工分离过程化工分离过程 Chemical Separation Processes1化工分离过程1绪论第1讲课件2化工分离过程1绪论第1讲课件教材与参考书教材与参考书教材：化工分离过程，陈洪钫教材：化工分离过程，陈洪钫教材：化工分离过程，陈洪钫教材：化工分离过程，陈洪钫 刘家祺编，化学工业出版社刘家祺编，化学工业出版社刘家祺编，化学工业出版社刘家祺编，化学工业出版社3化工分离过程1绪论第1讲课件化工分离过程化工分离过程n第第1章章 绪论绪论n第第2章章 单级平衡过程单级平衡过程 n第第3章章 多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算 n第第4章章 多组分多级分离的严格计算多组分多级分离的严格计算 n第第5章章 分离设备的处理能力和效率分离设备的处理能力和效率 n第第6章章 分离过程的节能分离过程的节能 n第第7章章 其它分离技术和分离工程的选择其它分离技术和分离工程的选择 4化工分离过程1绪论第1讲课件第一章第一章 绪论绪论n化学工业与化工过程化学工业与化工过程n分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性n传质分离过程的分类和特征传质分离过程的分类和特征n本课程的教学任务和内容本课程的教学任务和内容5化工分离过程1绪论第1讲课件化工分离技术发展简述化工分离技术发展简述 化工分离技术化工分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的。

是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的 1818世世纪纪，，纯纯碱碱、、硫硫酸酸等等无无机机化化学学工工业业成成为为现现代代化化学学工工业业的的开开端端1919世世纪纪以以煤煤为为基基础础原原料料的的有有机机化化工工发发展展起起来来开开始始涉涉及及分分离离问问题题，，如如苯苯、、甲甲苯苯、、酚酚等等化化学学品品提提纯纯应应用用了了吸吸收收、、蒸蒸馏馏、、过过滤滤、、干干燥燥等等分分离离操操作作1919世世纪纪末末，，2020世世纪纪初初石石油油炼炼制制的的发发展展促促进进了了化化工工分分离离技技术术的的成成熟熟与与完完善善进进入入2020世世纪纪7070年年代代以以后后，，化工分离化工分离技术更加高级化技术更加高级化，应用也更加广泛应用也更加广泛 同同时时，，化化工工分分离离技技术术与与其其它它科科学学技技术术相相互互交交叉叉渗渗透透产产生生一一些些更更新新的的边边缘缘分分离离技技术术，，如如生生物物分分离离技技术术、、膜膜分分离离技技术术、、环环境境化学分离技术、纳米分离技术、超临界流体萃取技术等化学分离技术、纳米分离技术、超临界流体萃取技术等。

6化工分离过程1绪论第1讲课件化学工业化学工业与化工过程与化工过程 化化学学工工业业：：对对原原料料〔〔如如石石油油，，煤煤等等〕〕进进行行化化学学或或物物理理加加工工，，改改变变物物质质的的结结构构或或组组成成，，或或合合成成新新物物质质, ,获得各种有用产品的获得各种有用产品的制造工业制造工业 化化 工工 过过 程程 (Industry Chemical Processes)：：Chemical process is a chemical engineering unit in which raw materials are changed or separated into useful products.7化工分离过程1绪论第1讲课件化工过程化工过程 化工过程化工过程化学反应过程化学反应过程物理处理过程物理处理过程 化工生产核心化工生产核心 原料的预处理原料的预处理 产品的加工产品的加工（单元操作）（单元操作）8化工分离过程1绪论第1讲课件什么是分离过程？什么是分离过程？ The separation process is a chemical engineering unit to separate chemical mixtures into their constituents.9化工分离过程1绪论第1讲课件什么是分离过程？什么是分离过程？n纯组分变成混合物，是熵增自发过程，反之，混合物变成纯组分变成混合物，是熵增自发过程，反之，混合物变成纯净物则需作功。

纯净物则需作功n借借 助助 一一 定定 的的 分分 离离 剂剂 ，， 实实 现现 混混 合合 物物 中中 的的 组组 分分 分分 级级（（Fractionalization））、、浓浓缩缩（（Concentration））、、富富集集（（ Enrichment）） 、、 纯纯 化化 （（ Purification）） 、、 精精 制制（（Refining）与隔离（）与隔离（Isolation）等的过程称为分离过程等的过程称为分离过程混合物混合物（气、液、固）（气、液、固）分离过程分离过程产品产品1产品产品2产品产品n能量分离剂能量分离剂 ESA物质分离剂物质分离剂 MSA10化工分离过程1绪论第1讲课件Why Separate?WHYWHY11化工分离过程1绪论第1讲课件化工生产过程化工生产过程反应反应（（Reactive））萃取物萃取物（（Extractive Natural raw material））配制（配制（Formulation））分离分离分离分离分离分离12化工分离过程1绪论第1讲课件对分离的需求对分离的需求n工程应用需要纯物质（如半导体材料）工程应用需要纯物质（如半导体材料）n原料提纯原料提纯n材料加工需要纯物质材料加工需要纯物质n有毒有害物质或非活性物质的去除（如药物）有毒有害物质或非活性物质的去除（如药物）n测试或检测用超纯标准品测试或检测用超纯标准品n混合物组成检测（如混合物组成检测（如DNADNA检测）检测） • • • • • • • • • • • • 13化工分离过程1绪论第1讲课件按分离规模分类按分离规模分类分析分离分析分离• • 规模小规模小• • 定量分析定量分析制备分离制备分离• • 规模小规模小• • 研究用材料研究用材料工业分离工业分离• • 规模大规模大• • 经济经济例例: : 色谱分离色谱分离例例: : 离心分离离心分离例例: : 精馏分离精馏分离化工厂中分离设备投资约化工厂中分离设备投资约占总投资的占总投资的50～～90％％ ！！！！！！14化工分离过程1绪论第1讲课件分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性典型的化工生产装置包括：典型的化工生产装置包括：典型的化工生产装置包括：典型的化工生产装置包括：n n反应器；反应器；反应器；反应器；n n原料、中间产物和产品分离设备；原料、中间产物和产品分离设备；原料、中间产物和产品分离设备；原料、中间产物和产品分离设备；n n泵、换热器等。

泵、换热器等泵、换热器等泵、换热器等分离贯穿化工过程，占有十分重要的地位分离贯穿化工过程，占有十分重要的地位分离贯穿化工过程，占有十分重要的地位分离贯穿化工过程，占有十分重要的地位 分离装置的费用占总投资的分离装置的费用占总投资的分离装置的费用占总投资的分离装置的费用占总投资的5050～～～～9090％15化工分离过程1绪论第1讲课件分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性16化工分离过程1绪论第1讲课件分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性化化学学工工程程学学科科基础理论体系基础理论体系专业基础理论及专业专业基础理论及专业专业基础理论体系专业基础理论体系专业课程体系专业课程体系无机化学无机化学, ,有机化学有机化学, ,物理化学物理化学, ,分析化学分析化学, ,生物化学生物化学, ,高等数学高等数学, ,工程数学工程数学, ,物理学等物理学等化学动力学及热力学化学动力学及热力学化工原理化工原理化工传递过程化工传递过程化学反应工程化学反应工程化工热力学化工热力学化工分离过程化工分离过程化工系统工程化工系统工程17化工分离过程1绪论第1讲课件分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性化化学学工工程程学学科科的的两两个个基基本本问问题题过程的平衡过程的平衡,限度限度过程的速度过程的速度反应过程反应过程物理过程物理过程化工热力学研究的问题化工热力学研究的问题化学动力学化学动力学和反应工程和反应工程研究的问题研究的问题单元操作和单元操作和传递过程研传递过程研究的问题究的问题化学动力学研化学动力学研究化学反应的究化学反应的动力学规律动力学规律化学反应工程化学反应工程研究实现过程研究实现过程的设备的设备传递过程研究传递过程研究过程的速率与过程的速率与传递机理传递机理单元操作侧重单元操作侧重过程的设备与过程的设备与工程问题工程问题分离工程研究应用质量传递原理实现组分分离分离工程研究应用质量传递原理实现组分分离的基本原理及工程化问题的基本原理及工程化问题18化工分离过程1绪论第1讲课件分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性n为化学反应过程提供符合要求的原料，清除对反应和催化剂有害的杂为化学反应过程提供符合要求的原料，清除对反应和催化剂有害的杂质，减少副反应的发生，提高产品的收率。

质，减少副反应的发生，提高产品的收率n对化学反应中的反应产物进行分离提纯，得到合格的各种化工产品，对化学反应中的反应产物进行分离提纯，得到合格的各种化工产品，同时使未反应的反应物循环利用同时使未反应的反应物循环利用n分离过程在环境保护和充分利用资源、实现可持续发展方面也具有重分离过程在环境保护和充分利用资源、实现可持续发展方面也具有重要的作用要的作用 19化工分离过程1绪论第1讲课件石油炼制过程基本流程石油炼制过程基本流程20化工分离过程1绪论第1讲课件分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性n未回收的原料；未回收的原料；n未回收的产品；未回收的产品；n有用和无用的副产品；有用和无用的副产品；n原料中的杂质；原料中的杂质；n工艺的物料损耗工艺的物料损耗 化学工业是工业污染的大户，化工生化学工业是工业污染的大户，化工生产所造成的污染来源于：产所造成的污染来源于：21化工分离过程1绪论第1讲课件分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性与化工分离过程密切相关的化工清洁工艺包括有：与化工分离过程密切相关的化工清洁工艺包括有：n降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、回收利用率和循环利用降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、回收利用率和循环利用率；率；n开发和采用新技术、新工艺，改善生产操作条件，以控制和消除污染；开发和采用新技术、新工艺，改善生产操作条件，以控制和消除污染；n采用生产工艺装置的闭路循环技术；采用生产工艺装置的闭路循环技术；n处理生产中的副产物和废物，使之减少或消除对环境的危害；处理生产中的副产物和废物，使之减少或消除对环境的危害；n研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的“三废三废”治理技术。

治理技术 因因此此，，清清洁洁工工艺艺的的开开发发和和应应用用离离不不开开传传统统分分离离技技术术的的改改进进，，新新分分离离技技术术的的研研究究、、开开发发和和工工业业应应用用，，以以及及分分离离过过程程之之间、反应和分离过程之间的间、反应和分离过程之间的集成化集成化22化工分离过程1绪论第1讲课件分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性 闭闭路路循循环环系系统统是是清清洁洁工工艺艺的的重重要要方方面面，，其其核核心心是是将将过过程程所所产产生生的的废废物物最最大大限限度度地地回回收收和和循循环环使使用用，，减减少少生生产产过过程程中中排出废物的数量排出废物的数量生成工艺过程的闭路循环示意图生成工艺过程的闭路循环示意图 1——单元过程；单元过程； 2——处理处理23化工分离过程1绪论第1讲课件化工分离技术的特点化工分离技术的特点 化化工工分分离离技技术术的的特特点点 (1)化工分离技术的化工分离技术的多样性多样性(2)化工分离技术的化工分离技术的复杂性复杂性 (3)化工分离技术的化工分离技术的前瞻性前瞻性　(4)化工分离技术的化工分离技术的特殊性特殊性 24化工分离过程1绪论第1讲课件化工分离技术的多样性化工分离技术的多样性　　 由由于于化化工工分分离离技技术术的的应应用用领领域域十十分分广广泛泛，，决决定定了了分分离离技术的多样性。

按机理划分，大致可分成技术的多样性按机理划分，大致可分成5类：类：①①生成新相以进行分离生成新相以进行分离(如蒸馏、结晶如蒸馏、结晶)；；②②加入新相进行分离加入新相进行分离(如萃取、吸收如萃取、吸收)；；③③用隔离物进行分离用隔离物进行分离(如膜分离如膜分离)；；④④用固体试剂进行分离用固体试剂进行分离(如吸附、离子交换如吸附、离子交换)；；⑤⑤用外力场和梯度进行分离用外力场和梯度进行分离(如离心萃取分离和电泳等如离心萃取分离和电泳等) 25化工分离过程1绪论第1讲课件化工分离技术的复杂性化工分离技术的复杂性　　化工分离技术的重要性和多样性决定了它的复杂性即使对于精馏、化工分离技术的重要性和多样性决定了它的复杂性即使对于精馏、萃取这些较为成熟的技术，多组分体系大型设备的设计仍是一项困难的萃取这些较为成熟的技术，多组分体系大型设备的设计仍是一项困难的工作，问题是缺乏基础特性数据和大型塔器的可靠设计方法对于高温、工作，问题是缺乏基础特性数据和大型塔器的可靠设计方法对于高温、高压、多组分和强非理想体系，不仅平衡数据和分子扩散系数难以准确高压、多组分和强非理想体系，不仅平衡数据和分子扩散系数难以准确计算，就连界面张力、粘度等物性数据也难以求得。

计算，就连界面张力、粘度等物性数据也难以求得 　　催化剂和反应萃取之类的耦合分离技术的基础特性数据更为缺乏　　催化剂和反应萃取之类的耦合分离技术的基础特性数据更为缺乏大型塔器设计的放大的主要难度在于塔内两相流和传质特性十分复杂，大型塔器设计的放大的主要难度在于塔内两相流和传质特性十分复杂，数学模型尚不完善沿用了百余年的平衡级模型虽然简单直观，但用于数学模型尚不完善沿用了百余年的平衡级模型虽然简单直观，但用于多组分分离过程的缺点已显而易见多组分分离过程的缺点已显而易见非平衡模型非平衡模型被称为被称为““可能开创板式可能开创板式分离设备设计和模拟新纪元分离设备设计和模拟新纪元””优点显著，但缺乏传质系数实验数据和模优点显著，但缺乏传质系数实验数据和模型参数过多，使其工程应用存在困难已开发出的软件功能强大，已在型参数过多，使其工程应用存在困难已开发出的软件功能强大，已在工程设计中得到应用，但工程经验和中试实验仍是不可缺少的工程设计中得到应用，但工程经验和中试实验仍是不可缺少的26化工分离过程1绪论第1讲课件化工分离技术的前瞻性化工分离技术的前瞻性　　　　随着能源、资源、环境、新材料等基础工业和高新技术的发展，分随着能源、资源、环境、新材料等基础工业和高新技术的发展，分离技术面临着新的机遇和挑战。

石化领域的分离过程必需进一步节能和离技术面临着新的机遇和挑战石化领域的分离过程必需进一步节能和降耗，充分利用能源和资源生产装置大型化步伐正在加快，能耗和成降耗，充分利用能源和资源生产装置大型化步伐正在加快，能耗和成本不断降低本不断降低　　在生物制药工程方面，随着基因工程和细胞工程的发展，生物药品　　在生物制药工程方面，随着基因工程和细胞工程的发展，生物药品得到迅速发展利用得到迅速发展利用CO2作为溶剂的超临界萃取具有不污染产品和选择作为溶剂的超临界萃取具有不污染产品和选择性高等优点色谱、电泳分离等方法由于其高效、常温常压特点而成功性高等优点色谱、电泳分离等方法由于其高效、常温常压特点而成功地应用于生产及实验室研究随着环境意识随着环境意识的加强，地应用于生产及实验室研究随着环境意识随着环境意识的加强，“三三废废”处理引起了重视从工业生态学的角度分析，许多工艺过程排出的处理引起了重视从工业生态学的角度分析，许多工艺过程排出的“废物废物”，不再是，不再是“无用无用”的，而是没有完全利用的物质，的，而是没有完全利用的物质，“三废处理三废处理”对分离技术是一种新的挑战对分离技术是一种新的挑战 27化工分离过程1绪论第1讲课件化工分离技术的特殊性化工分离技术的特殊性　　　竞争促进了分离过程的强化，　竞争促进了分离过程的强化，分离过程的强化分离过程的强化包括新装置新工艺包括新装置新工艺方法两个方面。

任何能使方法两个方面任何能使设备小型化、能量高效化和有利于可持续性设备小型化、能量高效化和有利于可持续性发展发展的化工分离新技术均属于的化工分离新技术均属于分离过程的强化分离过程的强化之列这是化工分离技之列这是化工分离技术发展的重要趋势之一术发展的重要趋势之一 　　　　耦合分离技术耦合分离技术受到关注催化剂精馏、膜精馏、吸附精馏、反应受到关注催化剂精馏、膜精馏、吸附精馏、反应萃取、络合吸附、反胶团、膜萃取、发酵萃取、化学吸附和电泳萃取萃取、络合吸附、反胶团、膜萃取、发酵萃取、化学吸附和电泳萃取等新型耦合分离技术得到了长足的发展，并实现了工业化耦合分离等新型耦合分离技术得到了长足的发展，并实现了工业化耦合分离技术可能解决许多传统分离难以完成的任务电泳耦合色谱可以高效技术可能解决许多传统分离难以完成的任务电泳耦合色谱可以高效地分离维生素地分离维生素 　　信息技术推动力分离技术的发展分离科学和技术具有多学科交　　信息技术推动力分离技术的发展分离科学和技术具有多学科交叉的特点，信息技术和传统化工方法结合加速了分离技术的进步叉的特点，信息技术和传统化工方法结合加速了分离技术的进步28化工分离过程1绪论第1讲课件机械分离过程机械分离过程分离过程的分类分离过程的分类分离过程分离过程传质分离过程传质分离过程平衡分离过程平衡分离过程速率分离过程速率分离过程 借助分离媒介使均相混合物形借助分离媒介使均相混合物形成两相成两相, ,以混合物中不同组在处以混合物中不同组在处于平衡的两相中不同分布为依于平衡的两相中不同分布为依据实现混合物分离的过程据实现混合物分离的过程在某种推动力作用下在某种推动力作用下( (或在选或在选择性膜的配合下择性膜的配合下),),利用各组分利用各组分扩散速度的不同实现组分分离扩散速度的不同实现组分分离的过程的过程29化工分离过程1绪论第1讲课件机械分离机械分离过程过程 利利用用机机械械力力简简单单的的将将两两相相混混合合物物相相互互分分离离的的过过程程称称为为机机械械分分离离过过程程。

它它们们的的分分离离对对象象多多为为两两相相混混合合物物，，分分离离时时相相间间没没有有物物质质传传递递发发生生，，它它们们在在化化学学工工程程中中也也有有很很重重要要的的作作用用，，如如过过滤滤、、沉沉降降、、离离心心分分离离、、气气固固催催化化反反应应中中固固体体催催化化剂剂的的分分离离等等但但本本课课程不讨论这方面的内容程不讨论这方面的内容30化工分离过程1绪论第1讲课件平衡分离过程平衡分离过程       平衡分离过程系借助平衡分离过程系借助分离媒介分离媒介（如热能、溶剂、吸附剂等）（如热能、溶剂、吸附剂等）使使均相混合物均相混合物系统变为系统变为两相系统两相系统，再以混合物中各组分在，再以混合物中各组分在处于处于相平衡的两相中不等同的分配为依据相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离而实现分离 分离媒介可以是分离媒介可以是能量媒介能量媒介（（ESA）或）或物质媒介物质媒介（（MSA），），有时也可以有时也可以两种同时应用两种同时应用根据两相状态不同根据两相状态不同 , 平衡分离过程平衡分离过程可分为如下几类可分为如下几类 气液传质过程气液传质过程 : 如吸收、气体的增湿和减湿。

如吸收、气体的增湿和减湿 汽液传质过程汽液传质过程 : 如液体的蒸馏和精馏如液体的蒸馏和精馏 液液传质过程液液传质过程 : 如萃取 液固传质过程液固传质过程 : 如结晶、浸取、吸附、离子交换、色层分如结晶、浸取、吸附、离子交换、色层分 离、参数泵分离等离、参数泵分离等 气固传质过程气固传质过程 : 如固体干燥、吸附等如固体干燥、吸附等 31化工分离过程1绪论第1讲课件平衡分离过程平衡分离过程32化工分离过程1绪论第1讲课件速率分离过程速率分离过程 速速率率分分离离过过程程是是指指在在某某种种推推动动力力（（浓浓度度差差、、温温度度差差、、压压力力差差、、电电位位差差等等））的的作作用用下下（（有有时时在在选选择择性性透透过过膜膜的的配配合下），利用合下），利用组分扩散速率的差别组分扩散速率的差别实现组分分离的过程实现组分分离的过程 这这类类过过程程所所处处理理的的原原料料和和产产品品通通常常属属于于同同一一相相，，仅仅在在组组成成上上有有差差别别。

膜膜分分离离过过程程是是工工业业应应用用最最多多的的速速率率分分离离过过程程热热扩扩散散分分离离也也属属于于速速率率分分离离过过程程，，它它以以温温度度梯梯度度为为动动力力，，利利用用均均匀匀的的气气体体或或液液体体混混合合物物中中分分子子量量下下的的分分子子（（或或离离子子））向向热热端端漂漂移移的的现现象象所所建建立立起起来来的的浓浓度度梯梯度度，，达达到到组组分分离的目的分分离的目的33化工分离过程1绪论第1讲课件速率分离过程速率分离过程34化工分离过程1绪论第1讲课件速率分离过程速率分离过程35化工分离过程1绪论第1讲课件分离过程的发展趋势分离过程的发展趋势n传统分离技术改造传统分离技术改造：： 如精馏筛板塔改造为效率更高的填料塔如精馏筛板塔改造为效率更高的填料塔n新型分离过程开发新型分离过程开发：： 如膜分离、反胶团萃取、超临界萃取等如膜分离、反胶团萃取、超临界萃取等n分离与反应耦合以及分离过程之间的耦合分离与反应耦合以及分离过程之间的耦合：： 如反应精馏、吸附精馏、膜精馏等如反应精馏、吸附精馏、膜精馏等总趋势：总趋势：总趋势：总趋势： 多样化、精细化、洁净化（环境友好）多样化、精细化、洁净化（环境友好）多样化、精细化、洁净化（环境友好）多样化、精细化、洁净化（环境友好）36化工分离过程1绪论第1讲课件化工分离过程课程的特点化工分离过程课程的特点化化工工分分离离过过程程课课程程的的特特点点研究体系的非理想性研究体系的非理想性研究体系的复杂性（多元）研究体系的复杂性（多元）过程的特殊性（特殊分离方法）过程的特殊性（特殊分离方法）更加注重工程意识的培养更加注重工程意识的培养37化工分离过程1绪论第1讲课件本课程的教学任务和内容本课程的教学任务和内容n本本课课程程是是化化学学工工程程专专业业的的专专业业基基础础课课，，在在本本课课程程的的学学习习中中要要学学会会利利用用已已有有的的专专业业理理论论知知识识（（平平衡衡热热力力学学，，动动力力学学，，传传热热，，传传质质和和动动量量传传递递理论等）研究化工生产实际中遇到的理论等）研究化工生产实际中遇到的复杂体系的分离提纯技术复杂体系的分离提纯技术。

n在在本本课课程程的的学学习习中中要要加加强强对对基基本本概概念念的的理理解解，，它它们们是是本本课课程程学学习习过过程程中中分分离离过过程程的的选选择择，，特特性性分分析析与与计计算算的的基基础础在在本本课课程程的的学学习习中中，，强强调调将将工工程程与与工工艺艺结结合合的的分分析析问问题题的的观观点点，，强强化化设设计计与与分分析析问问题题能能力力的的培养，提高解决实际分离技术问题的能力培养，提高解决实际分离技术问题的能力n通通过过本本课课程程的的学学习习，，学学生生应应该该掌掌握握化化工工过过程程中中各各种种常常用用分分离离过过程程的的基基本本理理论论，，操操作作特特点点，，简简捷捷和和严严格格的的设设计计计计算算方方法法，，强强化化和和改改进进操操作作的的原原则则途途径径同同时时对对一一些些新新型型的的分分离离技技术术的的基基本本原原理理，，应应用用及及发发展展有有一一定了解38化工分离过程1绪论第1讲课件阅读课本阅读课本 巩固知识巩固知识39化工分离过程1绪论第1讲课件。